ACS：酸性水分解OER中铂族金属催化剂稳定性/耐久性问题关键

质子交换膜（PEM）水电解槽是酸性水分解和绿色制氢最有前途的途径之一，但这种电解槽面临着重大挑战。究其原因，不仅在于发生缓慢析氧反应（OER）的阳极需要大量铂族金属（PGM）基电催化剂（例如IrOx），而且恶劣的高过电位和酸性环境也导致了严重的性能下降。与氧还原反应场相比，获得准确的OER催化剂稳定性/耐久性信息的关键点尚未得到很好的商定。在这方面，我们在此回顾和讨论了稳定性/耐久性测试中涉及的关键实验变量（包括但不限于电解质、杂质、催化剂负载和两/三电极与膜电极组装），同时对测试方案进行了重新审视和总结。本展望旨在强调合理有效的加速降解试验程序，以解决酸性OER催化剂的不稳定性问题，促进PEM水电解槽的研究和开发。

电解液、pH和杂质对OER活性和稳定性的影响。(A) Ir基催化剂在H2SO4、HClO4、H3PO4和HNO3中的OER极化曲线。注：数据仅显示性能趋势。(B) Ir基催化剂在不同电解质中的耐久性测试前后@1.55 V的相对质量活性损失（耐久性测试：CV循环在1.0至1.6 V之间）。(C)引入Fe3+污染物后的V-t曲线（MEA中）。(D)耐久性试验前后催化剂性能，以及更新后的极化曲线。

电极衬底材料和催化剂负载对OER稳定性的影响。(A)不同电极衬底材料在0.1 A mg-1Ir恒定电流密度下电位随时间的变化。(B)不同PGM催化剂负载下的V-t曲线。(C)不同负载下IrOx催化剂的s值。

与MEA衰减有关的各种拓展实验参数。(A)梯度离聚体分布(GID)-ACL和Norm-ACL中的离聚体分布示意图。(B)正常ACL和梯度离聚体分布ACL耐久性试验。(C)膜对OER稳定性的影响。(D)耐久性试验后S-FC/TM-FC对应的ACL结构示意图。(E)与S-FC相比，初始和老化TM-FC在1.5 V时得到的Nyquist图。

水溶液RDE系统与MEA/电解槽之间的间隙。(A)传统水溶液体系（主要指三/二电极体系）和MEA的降解机理示意图。(B) SFC-ICP-MS测定的IrOx催化剂在不同工况下的s值。(C)关于溶解差异的拟议主要贡献的办法。

各种稳定性测试协议。(一)计时电势分析法。保持恒定的电流密度，例如1 A cm-2，以监测电位/电压的实时变化。(B)计时电流法。保持在恒定电位/电压下，例如1.5 V，以监测电流密度的实时变化。(C)三角波。三电极/双电极系统中最有前途的AST协议之一。(D)梯形波。一个在MEA/电解槽系统中很有前途的AST协议。(E)方波。电位/电压“步进”变化。(F)方波。电流密度“阶跃”变化。

LPL和UPL相关指标。(A)典型IrOx CV曲线。(B)典型的RuOx CV曲线。(C) Ir溶解在0.35和1.523 V之间。(D) Ir溶解和OER电流曲线在1.4和1.523 V之间。(E)不同LPL的Ir溶出曲线。(F)不同电流密度下电池电压衰减率。

在这篇展望中，我们简要讨论了实验参数和方案对酸性OER催化剂稳定性/耐久性测试的影响，与成熟的ORR相比，这一点尚未得到业界的很好认同。我们的目标不是在这么短的时间内完全理解OER催化剂的降解机制，而是描绘未来研究合理的稳定性/耐久性测试标准和程序的重要性。催化剂在MEAs中的降解机理复杂，包括底物钝化、金属溶解、剥离、气泡积聚、膜/离聚体降解等，这些都与所使用的工作条件有关。在这方面，在不同的工作条件下，解卷积对性能下降的不同贡献是关键的。设计相关的、准确的、高效的方案来加速催化剂的降解可能是未来研究的重要方向。重要的是，根据有限的结果做出决定是不可靠的。也就是说，稳定性/耐久性研究不应被视为表征的工具，而应通过不同角度的方法进行全面和重复的评估，包括但不限于CV（循环伏安法）、时间电位法（V-t）或时间电流法（I-t）。

Keys to Unravel the Stability/Durability Issues of Platinum-Group-Metal Catalysts toward Oxygen Evolution Reaction for Acidic Water Splitting | ACS Central Science

https://doi.org/10.1021/acscentsci.4c01363

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